电池制造生产排程（锂离子）

本指南将引导生产计划员和运营经理在Schantt中配置和排程锂离子电池生产线——从浆料混合到电池测试和封装。您将构建一个包含batch（批次）混合、连续涂布、每道工序的并行设备以及化学品驱动换线的混合Flowshop（混合流水车间）模型。

本指南基于行业研究构建了一家虚构的综合公司作为案例；所有名称、参数和数字均为示意用途。

行业背景

锂离子电池生产线涵盖电极制备、电池组装和成品处理。生产流程从浆料混合开始——将活性材料、粘合剂和溶剂在大容量搅拌机中混合，制成均匀的电极浆料。浆料涂布到金属箔上，经干燥和辊压将电极压至精确厚度。涂布后的箔带被分切成更窄的条带并裁切定型，然后通过卷绕（圆柱形）或叠片（软包）将电极层组装成电池。组装好的电池注入电解液，经过化成充放电工艺、老化，最后进行测试和封装。

生产环境存在若干结构性复杂因素。它混合了批次和连续流加工方式——混合是离散的批次操作，而下游每道工序都以连续或半flow（连续流）方式运行。每道工序有多台并行设备运行，部分为工序专用（圆柱形电池的卷绕机、软包电池的叠片机），部分可互换。化学品换线产生方向性清洁时间，根据前后产品组合的不同差异显著。数小时的化成与老化等待时间将注液与测试隔开，若干道工序共用干燥房环境，其季度维护窗口会使该环境内的所有设备停机。

Celerion 在一座 2,800 m² 的工厂中运营约 85 人，生产两种产品族——NMC-圆柱电池（完整八道工序路线）和 LCO-软包-免化成电池（跳过化成工序）——覆盖 8 道有序生产工序。由 3 人组成的计划团队（一名计划员、一名班组长和工厂经理）管理 8–12 个活跃 SKU，典型批量为每个 SKU 10,000–50,000 只电池，按已确认的采购订单在 1–4 周周期内作业。工厂按两班制工作日历运行，周一至周五，每天 16 个生产小时（06:00–22:00），每周 80 个生产小时，每年三个工作日历例外和一个每季度 12 小时的干燥房暖通空调维护窗口。

工艺流程概览

flowchart LR
  A["浆料混合"]
  B["涂布与干燥"]
  C["辊压"]
  D["分切与裁切"]
  E["电池组装"]
  F["注液"]
  G["化成与老化"]
  H["电池测试与封装"]
  A --> B --> C --> D --> E --> F --> G --> H
  F -.-> H

锂离子电池制造流程从左到右经过八道工序。虚线路线展示了预锂化（免化成）电池变体的跳过路线。

关于跳过工艺路线的说明。 对于跳过化成与老化工序的产品族——例如预锂化 LCO-软包-免化成变体——生产排程从注液直接桥接到电池测试与封装，仅设置较短的纯搬运转移时间，绕过长达数小时的化成停留时间。

排程挑战及Schantt的应对方式

在典型的锂离子电池工厂中，生产排程由已确认的采购订单驱动，周期为 1–4 周。如果您的工厂由预测或按库存生产模式驱动，排程设置保持不变——仅输入来源发生变化。Schantt 优化以最小化总生产时间——所有已排程作业的总完工时间——从选定的开始日期向前排程。对于涵盖整周的工厂运行，本指南的实际周期为一周生产，足以捕捉锂离子生产线的化学品换线、化成停留和维护窗口等特征。在 Auto 模式下，Schantt 决定作业顺序、设备分配和精确时序。在 Semi-Auto 模式下，您设定生产顺序，系统在该固定顺序内优化设备分配。

Schantt 擅长处理的内容

• 顺序多工序生产。 Schantt 将有序的电极到封装生产线建模为带转移时间的工序序列。每个产品的工艺路线依次串联其所需工序。

• 带自动分配的多设备工序。 每道工序具有多台并行设备（搅拌机、涂布机、卷绕机、注液站）。在 Auto 和 Semi-Auto 模式下，Schantt 选择哪台设备处理每项作业。

• 混合批次与连续流管道。 浆料混合（批次）供应连续涂布（flow），然后是后续工序——全部整合在一条工艺路线中。模拟通过待料暂停处理供应不足问题，并在实际可行时支持部分转移。

• 顺序相关换线。 清洁时长（搅拌罐、涂布模头、注液管道）按方向性、每台设备的换线时间建模。优化器倾向于选择减少总换线时间的序列。

• 工作日历感知的可用性和停机时间。 工作班次、计划维护窗口、干燥房再生停机和节假日通过工作日历和设备停机时间进行建模。时序路线自动绕过非工作时段和计划停机。

• 带工序跳过的按产品族工艺路线。 跳过化成的产品族使用省略该工序的工艺路线，并设置跨跳过的桥接转移时间。

Schantt 如何应对每项挑战

1. 化学品驱动换线。

• 工厂在共用设备上运行 NMC 和 LCO-软包产品族。搅拌机上的化学品切换最长需要 4 小时清洁（从 NMC 到 LCO 为 240 分钟），反向切换需要 2.5 小时（150 分钟）。涂布模头每次切换需要 90–150 分钟，注液站管道需要 60–90 分钟。按每周 3–4 次化学品切换计算，工厂因换线损失 18–28 小时产能。

• Schantt 将换线建模为方向性、每台设备的时长——您在设备详情页面上输入每个前后组合的时长（例如，搅拌机-C 上 NMC-圆柱到 LCO-软包-免化成为 240 分钟，反方向为 150 分钟）。由于换线时间并入每项操作的开始时间从而影响总生产时间，优化器自然倾向于将相同化学品作业分组在一起，减少换线总耗时。在 Auto 模式下，系统重新排列作业以寻找更低换线成本的序列；在 Semi-Auto 模式下，它保持您的固定顺序，同时通过设备分配选择管理换线时间。您根据自身的化学品策略输入时长——Schantt 使用您提供的方向性时间，不会推导或验证不对称背后的原因。

2. 批次到连续流的接口缺料问题。

• 浆料混合以 batch（批次）模式运行——每台搅拌机每 170–225 分钟产出 200 kg 批次——而涂布线以每小时 3,000–3,600 只电池的速度连续运行。这个交接点产生重复性的缺料事件：当涂布线在下一个批次准备好之前用完当前缓冲时，生产暂停。工厂记录显示每周 2–4 次此类缺料事件。

• Schantt 通过其混合批次与连续流管道模型处理此问题。每道工序被标记为 batch（批次）（浆料混合）或 flow（连续流）（所有下游工序），模拟根据上游工序的完成情况，使用混合与涂布之间 15 分钟的转移时间向下游工序供料。当涂布线在下一个批次到达前耗尽材料时，排程插入一个待料暂停——在甘特图上显示为带标签的片段，悬停查看原因——因此您可以精确看到每次缺料事件的时序和影响。交接通过链式时序和转移时间设置实现真实计时，您可以在甘特图上验证下游开始时间是否落在电极湿度的可接受暴露窗口内。

3. 作业到设备分配的复杂性。

• 在 8 道工序中配置 18 台设备——某些工序只有一台设备（辊压），其他工序则有两到三台并行单元（混合、分切）甚至四台（电池组装）——计划员每周面临 40–60 项独立的作业到设备分配决策。每项决策都会波及下游产能和换线时序。

• 在 Auto 和 Semi-Auto 模式下，Schantt 自动处理设备分配。每台设备精确归属于一道工序，系统探索每道工序中哪台设备处理哪项作业，并限制为能够处理该产品族的设备。Auto 模式同时探索作业顺序和设备分配；Semi-Auto 模式保持您的固定顺序并在该顺序内优化分配。甘特图在每项操作行上显示分配到的设备，您可以按设备分组查看以了解每道工序的产能通道。当产品族在某道工序中使用多台设备时——例如，三台分切机用于 NMC，三台用于 LCO——可在关键交接点启用部分转移：在分切到组装的接口处，设置数量为一卷电极卷，这样电池组装可在第一批可用部分上开始，而分切继续运行。

4. 跨越周末和节假日的化成间隔。

• 化成与老化工序对每只电池施加约 24 小时的定时停留——包括电解液浸润、化成充放电循环和短期老化。由于此停留按实际时间流逝，周五傍晚完成注液的批次要到周六深夜或周日早上才能离开化成——正值非工作时段——将测试开始时间推迟到周一早上。对于周五傍晚的批次，有效间隔延长至约 60 小时。

• Schantt 将化成停留建模为从注液到电池测试与封装的定时转移——一个方向性 1,440 分钟（24 小时）延迟，连续流逝而非通过工作日历推进。对于跳过化成的产品族，30 分钟的桥接转移完全绕过停留。排程将每个后续工序链接起来，仅在停留完成后才开始，非工作的周末时间在甘特图上显示为阴影叠加层，因此您可以精确看到为什么某些操作跨越数个工作日历日。您手动验证并发的电池批次不超过可用的化成架位数量，因为 Schantt 排程延迟但不跟踪架位占用。运行多天老化协议的工厂将排程分为两组——化成的和化成后的——以保持排程周期可控。

5. 干燥房共用依赖关系。

• 五道工序中的十二台设备——涂布与干燥、辊压、分切与裁切、电池组装和注液——在干燥房内运行。当每季度的 12 小时干燥房暖通空调维护窗口到来时（干燥剂再生和滤芯更换），该环境内的每台设备都必须停止。将此作为一个全厂停工输入工作日历会导致整个工厂停摆，包括干燥房外的工序。

• 在 Schantt 中，您将 12 小时维护窗口作为单独的停机条目输入干燥房内的每台设备：涂布机-1、涂布机-2、辊压机-1、分切机-1、分切机-2、分切机-3、卷绕机-1、卷绕机-2、卷绕机-3、叠片机-1、注液机-1 和注液机-2。算法分别绕开每台设备的不可用时段，同时让不受影响的上游工序（浆料混合）和下游工序（电池测试与封装）继续运行。停机在甘特图上显示为阴影条带，悬停可查看维护原因。您对每台设备应用相同的窗口，而不是输入单个传播事件。

在Schantt中建模的内容

Celerion 工厂由五个一级实体配置而成，您需要创建为顶层对象：

其他子配置——按产品族工艺路线、转移时间、换线时间、工作日历例外和设备停机时间——在这些实体的详情页面上设置。

分步设置

1. 按顺序创建工序。 添加八道工序，从浆料混合（位置 1）到电池测试与封装（位置 8）。将浆料混合设置为批次类型，其他所有工序设置为连续流类型。在每道工序的详情页面上，输入相邻工序之间的转移时间：

• 浆料混合 → 涂布与干燥：15 分钟
• 涂布与干燥 → 辊压：10 分钟
• 辊压 → 分切与裁切：10 分钟
• 分切与裁切 → 电池组装：15 分钟
• 电池组装 → 注液：10 分钟
• 注液 → 化成与老化：1,440 分钟（24 小时化成停留）
• 化成与老化 → 电池测试与封装：30 分钟

对于跳过化成的路线，还要添加从注液直接到电池测试与封装的桥接转移：30 分钟。

2. 为每道工序添加设备。 创建分布在八道工序中的 18 台设备：

• 浆料混合：搅拌机-C、搅拌机-A、搅拌机-S（3 台 batch 搅拌机）
• 涂布与干燥：涂布机-1、涂布机-2（2 台 flow 涂布机）
• 辊压：辊压机-1（1 台 flow 辊压机）
• 分切与裁切：分切机-1、分切机-2、分切机-3（3 台 flow 分切机）
• 电池组装：卷绕机-1、卷绕机-2、卷绕机-3（圆柱形卷绕），叠片机-1（软包叠片）
• 注液：注液机-1、注液机-2（2 台 flow 注液站）
• 电池测试与封装：测试机-1、测试机-2、封装机-1（测试和最终封装）

3. 创建产品族并定义按产品族工艺路线。 添加两个产品族：

• NMC-圆柱——依次经过全部 8 道工序的路线
• LCO-软包-免化成——经过工序 1–6 和 8 的路线，跳过化成与老化

在每个产品族的详情页面上，在分切与裁切工序启用部分转移，数量设置为 1（一卷电极卷）。这使得电池组装可以在第一批可用电极部分上开始，而分切继续运行，从而减少材料暴露窗口。

4. 为每个产品族添加一个产品。 创建两个代表性 SKU：

• NMC-18650-2.5Ah（灰色）——属于 NMC-圆柱产品族
• LCO-软包-1.8Ah（蓝绿色）——属于 LCO-软包-免化产品族

5. 设置每台设备的产能参数和换线时间。 创建产品族后，在每台设备的详情页面上配置其按产品族的参数：

• Batch 搅拌机——周期时间和批量大小：
• 搅拌机-C：210 分钟 / 200 kg（NMC），195 分钟 / 200 kg（LCO）
• 搅拌机-A：180 分钟 / 200 kg（NMC），170 分钟 / 200 kg（LCO）

• 搅拌机-S：225 分钟 / 200 kg（NMC），210 分钟 / 200 kg（LCO）

• Flow 设备——每小时吞吐量：

• 涂布机-1：3,200（NMC），3,600（LCO）；涂布机-2：3,000（NMC），3,400（LCO）
• 辊压机-1：3,500（NMC），3,800（LCO）
• 分切机-1：3,400（NMC），3,700（LCO）；分切机-2：3,200（NMC），3,500（LCO）；分切机-3：3,600（NMC），3,800（LCO）
• 卷绕机-1/2/3：2,400（仅 NMC）；叠片机-1：960（仅 LCO）
• 注液机-1：1,200（NMC）；注液机-2：960（LCO）

• 测试机-1/2：800（两类产品族）；封装机-1：1,600（两类产品族）

• 换线时间（方向性，按设备）：

• 搅拌机-C 和搅拌机-S：NMC→LCO 240 分钟，LCO→NMC 150 分钟
• 涂布机-1 和涂布机-2：NMC→LCO 150 分钟，LCO→NMC 90 分钟
• 分切机-1/2/3：双向各 15 分钟
• 辊压机-1：0 分钟（这些产品族之间无需换线时间）
• 注液机-1 和注液机-2：NMC→LCO 90 分钟，LCO→NMC 60 分钟

6. 配置工作日历、例外和停机时间（可选）。 默认工作日历已设置为周一至周五 06:00–22:00，每周 80 小时。添加三个工作日历例外：元旦（1 月 1 日，非工作日）、国际劳动节（5 月 1 日，非工作日）和年末停工（12 月 31 日，非工作日）。将每季度的干燥房暖通空调维护作为 12 小时停机（06:00–18:00）添加到每台干燥房设备上——涂布机-1、涂布机-2、辊压机-1、分切机-1 至分切机-3、卷绕机-1 至卷绕机-3、叠片机-1、注液机-1 和注液机-2——再加一个年末过渡停工窗口。

有关在 Schantt 中配置上述各项的分步说明，请参阅 Schantt 文档。

常见错误

1. 使用单一统一换线时间而非方向性每对时间。 搅拌机上 NMC 到 LCO 的换线时间为 240 分钟，而反方向为 150 分钟。输入一个平均值会错误表达真实的顺序相关惩罚，导致优化器低估或高估特定产品切换的价值。修正方法： 为每台设备的每对组合输入两个方向性时长——上方换线时间表中显示的 from-to 和 to-from 数值。

2. 将化成停留建模为带设备的工序。 化成与老化是一个定时停留，电池在架位上静置约 24 小时，没有任何设备活动。创建化成设备会赋予不存在的产能和可用性逻辑。修正方法： 将停留建模为注液与电池测试及封装之间的转移时间（1,440 分钟）。当多个批次同时处于化成阶段时，在甘特图上手动验证化成架位占用情况。

3. 将所有电池组装工作分配给卷绕机，忽略专用叠片机。 圆柱形电池使用卷绕（卷绕机-1、卷绕机-2、卷绕机-3，每小时 2,400 只电池），而软包电池需要叠片（叠片机-1，每小时 960 只电池）。将软包电池工艺路线到卷绕机会产生与物理工艺不符的错误组装操作。修正方法： 配置每个产品族仅工艺路线到其组装方法对应的设备——卷绕机仅处理 NMC-圆柱产品族；叠片机-1 处理 LCO-软包-免化成产品族。

4. 遗漏跳过化成的桥接转移。 没有从注液到电池测试与封装的直接转移，LCO-软包-免化成产品族就没有有效路径——排程缺少从跳过前最后一道工序到跳过后的第一道工序的路线。修正方法： 在注液与电池测试及封装之间添加一个桥接转移时间（30 分钟，仅搬运）。

5. 将干燥房维护输入为单个全厂停机而非按设备配置。 全厂停机将停止所有工序，包括干燥房外的浆料混合和电池测试与封装，而它们本可以继续工作。修正方法： 将每季度 12 小时维护窗口分别应用于干燥房工序中的每台设备（涂布机、辊压机、分切机、卷绕机和叠片机、注液站）。浆料混合和电池测试与封装在维护窗口期间保持可用。

一个好的排程应具备的特征

在 Schantt 中，配置良好的锂离子电池排程应显示：每种化学品产品族以紧凑块运行、设备负载在并行资源间平衡、化成停留清晰地将注液与测试分开而不产生虚假的产能约束。

优化前（使用电子表格的每周计划）：
- 每周 18–28 小时产能被化学品换线消耗，切换分散在整个排程中而非集中安排
- 批次到连续流接口发生 2–4 次缺料事件，每次都需要在周中手动重新排程涂布线
- 计划员进行 40–60 次手动作业到设备决策，到周末往往产生次优分配
- 周五傍晚的化成批次悄然将测试开始时间推迟到周一，隐藏在电子表格的行逻辑中

优化后（Schantt Auto 模式）：
- 换线时间明显减少——优化器自然地将 NMC 和 LCO 批次排成连续运行，消除不必要的来回化学品切换
- 批次到连续流缺料可预测——甘特图上的待料片段精确显示涂布线何时何地暂停，使您能够在下一个排程周期调整搅拌机到涂布机的时序
- 设备分配在全部 18 台并行资源上自动处理——计划员审核分配而非每周从头构建
- 化成停留呈现为注液与测试之间清晰的 24 小时定时间隔，非工作周末时间显示为阴影叠加层——您可以一目了然地看到为什么周一早上的测试对周五傍晚的批次开始得更晚

在Schantt中尝试

注册 Schantt 并加载内置示例数据集，自行构建此场景——本指南中的每道工序、每台设备、每个产品族、每个产品和每个工作日历，连同其工艺路线、换线时间、转移时间和停机时间均已预先配置，随时可以进行排程。您的配置和生产排程仅限于您的团队账户范围内。如需深入了解任何步骤，请参阅 Schantt 文档。